【正文】 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 第 5 章 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)軟件框圖主程序開始系統(tǒng)初始化中斷T0 手動調(diào)整同？編輯？ 自動？進入定時中斷程序
。沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 可調(diào)式 排孔模 ： 此模工藝考究，靈活簡單， 隨意更換沖頭規(guī)格，孔形、孔徑、孔距均可調(diào)節(jié)，特別適合大板面篩網(wǎng)孔加工，省時高效。多工位回轉(zhuǎn)頭沖模的研制出臺，高倍升級了普通沖床及數(shù)控沖床的功效，一二十萬元一臺的數(shù)控沖床，配用多工位回轉(zhuǎn)頭沖模后， 竟能與上百萬元一臺的‘?dāng)?shù)控轉(zhuǎn)塔沖床’相媲美，性價優(yōu)勢更顯凸出，市場購買力不斷遞增，為那些有識之士的老板老總們節(jié)省了巨大的設(shè)備投資。01mm。沖床模具主要以下幾種類型：多工位回轉(zhuǎn)頭 模具 ： 此模設(shè)計經(jīng)典，工藝考究，選料上等（Cr12MoV），結(jié)構(gòu)類同數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖32 工位模庫，沖頭快速轉(zhuǎn)換，精確鎖緊定位，能無限接受單頭孔形模入庫，（沖裁時每次落料范圍≤52mm），特別適合在同一板面上多孔形加工。其作沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 用是切斷了單片機與步進電動機驅(qū)動回路之間電的直接聯(lián)系, 實現(xiàn)了單片機與驅(qū)動回路系統(tǒng)地線的分別聯(lián)接, 防止處于大電流感性負載下工作的驅(qū)動電路產(chǎn)生的干擾信號以及電網(wǎng)負載突變產(chǎn)生的干擾信號通過線路串入單片機, 影響單片機的正常工作。當(dāng)采用兩片 L297 通過 L298 分別驅(qū)動步進電機的兩繞組 , 且通過兩個 D/A 轉(zhuǎn)換器改變每相繞組的 Uref 時, 即組成了步進電機細分驅(qū)動電路。由單片機向 L297 發(fā)出時鐘信號、正反轉(zhuǎn)信號、復(fù)位信號及使能控制等信號。CONTROL 為高電平時 , 對 A、B、C、D 有控制作用。這樣, 觸發(fā)器輸出的是恒頻 PWM 信號, 調(diào)制 L297 的輸出信號, 繞組相電流峰值由 Uref 確定。圖 3 中, 頻率 f 是由外接 16 腳的 RC 網(wǎng)絡(luò)決定的, 當(dāng) R10kΩ 時, f=1/。 L297 另一個重要組成是由兩個 PWM 斬波器來控制相繞組電流, 實現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的矩頻特性。此時 HALF/FULL 信號為高電。 基本步距兩相激勵方式。因此 L297 能產(chǎn)生三種相序信號, 對應(yīng)于三種不同的工作方式: 即半步方式(HALF STEP)。它的心臟部分是一組譯碼器它能產(chǎn)生各種所需的相序, 這一部分是由兩種輸入模式控制, 方向控制(CW/CCW) 和HALF/FULL 以及步進式時鐘 CLOCK, 它將譯碼器從一階梯推進至另一階梯。另外, L297 和 L298 都是獨立的芯片, 所以應(yīng)用是十分靈活的。這種方式結(jié)合的優(yōu)點是, , 可靠性高和占空間少。L297 是步進電動機控制器(包括環(huán)形分配器),L298 是雙 H 橋式驅(qū)動器。本文所設(shè)計的步進電機控制驅(qū)動器的框圖如圖 3－13 所示。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大, 以達到驅(qū)動步進電機目的。環(huán)形分配器主要有兩大類: 一類是用計算機軟件設(shè)計的方法實現(xiàn)環(huán)分器要求的功能, 通常稱軟環(huán)形分配器。典型步進電機控制系統(tǒng): 控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號, 它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。應(yīng)用 SGS 公司推出的 L297 和 L298 兩芯片可方便的組成步進電機驅(qū)動器, 并結(jié)合 AT89C52 單片機進行控制, 即可以實現(xiàn)用相對便宜的價格組成一個性能不錯的步進電機驅(qū)動電路。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計算機的普及與應(yīng)用, 為步進電動機的應(yīng)用開辟了廣闊前景, 使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實現(xiàn), 既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性, 可靠性及多功能性。而使用 L298 時，可以用 L297 來提供時序信號，可以節(jié)省單片機 IO 口的使用；也可以直接用單片機模擬出時序信號，由于控制并不復(fù)雜，故選用后者。方案三：使用 L297,L298N 芯片驅(qū)動電機 L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機如圖 3－12，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。手動調(diào)整有單步、中速、高速調(diào)整。 在工作臺進給送料時或手動調(diào)整時，主 CPU 控制 X 軸運動，從 CPU 控制 Y軸運動。這樣才能保證數(shù)控系統(tǒng)的高速送料。主CPU 為 8031，從 CPU 為 8751。但是由于使用的是四相的步進電機，就需要對四路信號分別進行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機的功率較大時運行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 在上半周期, 擋當(dāng)光板離開光斷續(xù)器的槽隙, 因而光敏三極管輸出低電平。系統(tǒng)設(shè)計選用了窄帶擋光板, 擋光板的運動通過光斷續(xù)器的槽隙。檢測頭采用紅外敏感元件槽隙式光斷續(xù)器制作, 靈敏度高, 沒有延遲。檢測頭在數(shù)控系統(tǒng)的控制中起著關(guān)鍵性的作用, 其原理圖如圖 3－11 所示。二極管，三極管，電阻等器件組成的放大電路來配合繼電器使用，達到電流放大，控制繼電器吸合的作用。在本設(shè)計中綜合多方面因素的考慮，采用內(nèi)部時鐘的方式，在 XTAL1 和 XTAL2 之間接 6MHz 的晶體構(gòu)成時鐘電路 [5]。這種方式適用于多塊芯片同時工作，便于同步。CHMOS 器件在掉電方式(CPU 停止工作,片內(nèi) RAM 的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持)下時,消耗的電流可低于 CHMOS 的器件在編號中用一個 C 來加以區(qū)別：如 80C51,80C31 等。CHMOS(互補金屬氧化物 HMOS)是 CMOS 和 HMOS(高密度溝道 MOS 工藝)的結(jié)合，除了保持 HMOS 高速度和高密度之外，還有 CMOS 的功能是完全兼容的，區(qū)別在 CHMOS 器件具有低功耗的特點。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近。AT89S52 的時鐘產(chǎn)生方法有下圖兩種方式： REF1ST53N76GD4V8UL0A/u沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 417 AT89S52 的兩種時鐘電路1．內(nèi)部時鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 兩端接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路，如圖 3—2 外接晶振時，C1 和 C2 的值通常選擇約 30pF 左右；外接陶瓷諧振器時 C1 和 C2 的經(jīng)典值為 47pF。在本設(shè)計中由于采用了基于 I2C 總線的 AT24C01 存儲器等多方面因素的考慮，采用上電復(fù)位電路方式[4]。該電路除了具有上電復(fù)位電路功能，還可以使用中復(fù)位，只要按下圖中的 RESET 鍵，此時電源 Vcc 經(jīng)電阻 R1 、R2 分壓，在RESET 端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。只要保證 RESET 為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復(fù)位。 圖 415 單片機常見兩種復(fù)位電路左邊的為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。單片機復(fù)位的條件是：使 RST/ 引腳 加上持續(xù)兩個機器周期（即 24 個振蕩RST周期）的高電平。串行接口時序如下圖:圖 412 純指令沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 413 帶數(shù)據(jù)指令圖 414 讀鍵盤指令 復(fù)位電路單片機復(fù)位電路是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。（2)HD7279A 通過三種指令結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)鍵盤和數(shù)據(jù)的顯示：一種是不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為 8 個 BIT 即單片機發(fā)送 8 個 CLK 脈沖；一種是帶有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指令，寬度為 16BIT，即單片機需要發(fā)送 16 個 CLK 脈沖；另一種是讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令，寬度為 16 個 BIT，前 8 個為單片機發(fā)送到 HD7279A 的指令，后 8 個 BIT 為 HD7279A 返回的鍵盤代碼。 3．HD7279A 鍵盤顯示工作原理（1)HD7279A 采用串行方式與單片機通訊，串行數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送入芯片并由 CLK 端同步。沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 本次設(shè)計就是采用的第三種方案，通過 P1 口 , 和 P3 口的 和 與單片機連接，以此解決系統(tǒng) I/O 口資源緊張的問題。此種方法唯一的缺點就是因為采用循環(huán)掃描的方式，如果采用普通的數(shù)碼管，亮度可能不夠，所以對于數(shù)碼管的要求就比較高。（3)采用基于 SPI 串行總線的鍵盤顯示接口控制芯片 HD7279A 來實現(xiàn)。（2)可以采用并行鍵盤接口芯片 8279 和可編程 I/O 接口芯片 8155 組合實現(xiàn)鍵盤和顯示電路的連接，這也是比較經(jīng)典的鍵盤顯示電路連接方法，這樣可以解決因部分 I/O 口緊張的問題，而且最多可接 88 鍵盤和 8 位顯示器。2．鍵盤顯示方案論證鍵盤顯示作為常用的系統(tǒng)輸入輸出結(jié)構(gòu)，有著多種的實現(xiàn)方法。在所要求顯示內(nèi)容不是太復(fù)雜的情況下易采用方案二。方案二：采用數(shù)碼管(LED)顯示。液晶顯示器功耗低、輕便防震，但其亮度不夠高，對工作環(huán)境要求高，抗干擾能力差。通過圖 49 可以看出,引腳 5 輸出的信號波形為 A, B 信號相加,引腳 8 輸出的信號波形為 C,D 信號相加。引腳為同步端,它可以連到另一組 L297的同步端。在本文介紹的驅(qū)動器中,模式輸入端 19 引腳(半步/整步控制引腳)設(shè)為高電平,選擇半步方式。脈沖分配器內(nèi)部是一個 3bit 可逆計數(shù)器,加上一些組合邏輯,產(chǎn)生每周期 8 步格雷碼時序信號,這也就是半步工作方式的時序信號?；静骄?單相激勵方式 (單相四拍) ?！≡撈骷奶匦允侵恍杞邮芊较?正/反轉(zhuǎn)) ,模式(半步/基本步距) ,時鐘(步進脈沖) 3 個輸入信號。這樣,觸發(fā)器輸出的是恒頻 PWM 信號。繞組相電流峰值由 Vref 整定,通過 l5 引腳接兩個電阻來調(diào)節(jié)斬波器電路的參考電壓。兩個 PWM 恒流斬波器用來控制繞組電流。順時針旋轉(zhuǎn)的 A、B、C、D 信號狀態(tài)如圖 48。L297的核心是脈沖分配器,產(chǎn)生相序信號。L297 主要由譯碼器,兩個固定斬波頻率的脈沖寬度調(diào)制( PulseWidth 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 Modulation)恒流斬波器以及輸出的邏輯控制組成。因此 L297可以產(chǎn)生三種不同的相序。實際上它就是一個控制相序的部件，它的核心是一組譯碼器，能夠產(chǎn)生各種所需的相序，這一部分是由兩種輸入模式控制，方向控制（CW/CCW）和 HALF/FULL以及步進式時鐘 CLOCK，它將譯碼從一階梯推進至另一階梯。其管腳圖如下：圖 46 TL7705A 復(fù)位芯片SEN,RESIN 與 VCC 并聯(lián)接＋5V 電源，輸出 為反復(fù)位，CT ，REF 與GND 并聯(lián)接地，輸出 RST 接正復(fù)位。 （2）共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及代碼顯示共陰極 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如圖 45 示[3]。這樣，根據(jù)這些二極管的正極接高低不同的電位，正極為高電位的相對應(yīng)的二極管就會導(dǎo)通而發(fā)光，從而使數(shù)碼管根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。字形結(jié)構(gòu)排列而成，其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。共陰極 LED 數(shù)碼管由 8 只發(fā)光二極管 VD1 至 VD8 共陰極連接并按161。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。通常，共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。（1）數(shù)碼管分類數(shù)碼管分為共陽極和共陰極兩種類型。下面重點介紹LED 七段顯示器。 2．LED 顯示器簡單的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和 LED 十六段碼顯示器。該期間通過 I2 C 總線接口進行操作 ，有一個專門的寫保護功能。 其他芯片的選擇1．AT24C01AT24C01 是一個 1K 位串行 CMOS E2 PROM 內(nèi)部含有 128 個 8 位字節(jié) CATALYST 公司的先進 CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。圖 1 是利用 HD7279A驅(qū)動共陰極數(shù)碼管 LED 的電路原理圖。根據(jù)上述的控制端功能，HD7279A 在電路工作時，其 1 和 2 端并聯(lián)接到電源端 VDD，而 4 端連接 VSS接地。其引腳圖如圖 23 所示，1,2 引腳 VDD 為正電源，3,5 引腳 NC 無連接，必須懸空，4 引腳 VSS 接地，6 引腳 CS 為片選輸入端，此引腳為低電平時，可以向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)，7 引腳 CLK 為同步時鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升沿表是數(shù)據(jù)有效，8 引腳 DATA 為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當(dāng)芯片接受指令時，此引腳為輸入端，當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在‘讀’指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆耍? 引腳 KEY 為按鍵有效輸出端，平時為高電平，當(dāng)檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)榈碗娖剑?016引腳 SGSA 為段 g段 a 驅(qū)動輸出，17 引腳 DP 為小數(shù)點驅(qū)動輸出，1825 引腳為數(shù)字 0數(shù)字 7 驅(qū)動輸出，26 引腳 CLKO 為振蕩輸出端，27 引腳 RC 為 RC 振蕩器連接端，28 引腳 RESET 為復(fù)位端。HD7279 具有片選信號，可以方便地實現(xiàn)多于 8 位的顯示或者多于 64 鍵的鍵盤接口。 圖 42 HD7279A 實物圖沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 43 HD7279A 鍵盤顯示接口芯片芯片 HD7279A 是一片具有串行接口的，可同時驅(qū)動 8 位共